JP2018027543A - 散気装置とその運転方法、及び水処理装置 - Google Patents

散気装置とその運転方法、及び水処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】均一に散気でき、かつ設置の利便性が高く、配管が複雑化しにくい散気装置とその運転方法、及び前記散気装置を備えた水処理装置の提供。
【解決手段】本発明は、上部に複数の散気孔１４が形成された、水平方向に延びる散気管１１と、開口管１２とを備えた散気装置１０であって、前記開口管１２の一端１２ａが前記散気管１１の末端１１ｂに直接又は間接的に連通し、前記開口管１２の開口端が鉛直方向下向きに開放し、かつ下記式（１）を満たす、散気装置１０に関する。
（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦７．５ ・・・（１）
（式（１）中、Ｄは散気管の内径（ｍｍ）であり、ｄは散気孔の直径（ｍｍ）であり、ｎは散気管１本あたりの散気孔の数（個）であり、Ｑは散気管１本あたりに供給される気体の風量（ｌ／ｍｉｎ）である。）
【選択図】図１

Description

本発明は、膜モジュールユニットの下方に配置される散気装置とその運転方法、及び膜モジュールユニットの下方に散気装置が配置された水処理装置に関する。
本発明は、２０１２年１０月２５日に日本国に出願された特願２０１２−２３５７５０号と、２０１２年１１月２２日に日本国に出願された特願２０１２−２５６１４５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、複数の散気孔が形成された散気管を備えた散気装置を、膜モジュールユニットを備えた水処理装置（例えば活性汚泥処理装置、膜洗浄装置、膜分離装置、排水処理装置など）の水槽内に、膜モジュールユニットの下方に位置するように配置して、空気などの散気用気体を水槽内に噴出させ、被処理水を曝気するとともに、散気用気体の気泡の上昇を利用して膜モジュールに付着した汚泥等を剥離させること（膜モジュールの洗浄）が行われている。
散気装置としては、ブロワ等に接続された気体供給管に散気管が直接接続されたものや、例えば特許文献１に示すように気体供給管にヘッダー管等の主配管を介して複数の散気管が接続されたものなどが知られている。
水槽内に散気装置を配置する際には、例えば図１０に示すように、末端１１ｂが閉塞した散気管１１を、散気孔１４が上向きになるように水平方向に配置し、気体供給管４２から散気用気体を散気管１１の基端１１ａ側から供給する。また、特許文献２には、例えば図１１に示すように、両方の末端１１ｂが閉塞した散気管１１の中央に主配管１５を接続した散気装置が提案されている。
しかし、この場合、散気管１１内の末端１１ｂ付近で、散気用気体の乱流が発生しやすく、末端１１ｂ側の散気孔１４からの散気が均一に行われなかった。その結果、散気の偏りが生じるため膜モジュールが十分に洗浄されず、汚泥等の付着（クロッキング）により膜モジュールの機能が低下するという問題がある。
また、散気装置は、通常、高風量の条件で運転を行うが、散気風量が高くなるほど電気消費量の増加によるランニングコストや設備費等が高騰するという問題がある。
ここで、本発明において「基端」とは散気用気体が供給される側の一端であり、「末端」とは基端に対向する他端である。本発明においては、「基端」を単に「一端」といい、「末端」を単に「他端」という場合がある。
そこで、均一に散気させるために、特許文献３には、例えば図１２に示すように、主配管１５の基端１５ａ側が末端１５ｂ側よりも高くなるように、一定の角度をつけて主配管１５を配置した散気装置が提案されている。
また、特許文献４には、例えば図１３に示すように、主配管１５の末端１５ｂ側が基端１５ａ側よりも高くなるように、一定の角度をつけて主配管１５を配置した散気装置や、図１４に示すように、散気管１１の末端１１ｂ側が基端１１ａ側よりも高くなるように、一定の角度をつけた散気管１１の中央に主配管１５に接続した散気装置が提案されている。
特開平１１−２４４６７４号公報 特開２０１０−１１９９７６号公報 特開２００３−１４４８７６号公報 米国特許出願公開第２００９／００５１０５７号明細書
しかしながら、図１２〜１４に示すように、主配管や散気管を一定の角度をつけて配置するのは困難であり、また、経験から計算して配置場所を判断する場合が多く、汎用性に欠ける。また、配管が複雑化しやすくなる傾向にもある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、均一に散気でき、かつ設置の利便性が高く、配管が複雑化しにくい散気装置、その運転方法、及び前記散気装置を備えた水処理装置の提供を目的する。
本発明は以下の態様を有する。
［１］ 上部に複数の散気孔が形成された、水平方向に延びる散気管と、一端が前記散気管の末端に直接又は間接的に連通し、他端が鉛直方向の下向きに開放した、鉛直方向に延びる開放管とを備え、下記式（１）を満たす、散気装置。
（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦８ ・・・（１）
（式（１）中、Ｄは散気管の内径（ｍｍ）であり、ｄは散気孔の直径（ｍｍ）であり、ｎは散気管１本あたりの散気孔の数（個）であり、Ｑは散気管１本あたりに供給される気体の風量（ｌ／ｍｉｎ）である。）
［２］ 外部から気体が供給される主配管と、基端が前記主配管に連通する複数の前記散気管と、前記開放管とを備えた、前記［１］に記載の散気装置。
［３］ 前記主配管と、前記複数の散気管と、前記散気管ごとに、一端が前記散気管の末端に直接連通する前記開放管とを備えた、前記［２］に記載の散気装置。
［４］ 前記主配管と、前記複数の散気管と、前記散気管の末端同士を連通させる連通部材と、一端が前記連通部材に連通する１つ又は複数の前記開放管とを備えた、前記［２］に記載の散気装置。
［５］ 前記散気管の本数Ａと前記開放管の本数Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１〜３．５である、前記［４］に記載の散気装置。
［６］ 前記散気管の内径Ｄが、６〜２０ｍｍであり、前記散気孔の直径ｄが、５〜６ｍｍである、前記［１］〜［５］のいずれか一項に記載の散気装置。
［７］ 前記散気孔の数が、前記散気管の１本あたり３〜５個である、前記［１］〜［６］のいずれか一項に記載の散気装置。
［８］ 前記複数の散気孔の間隔が、５０〜１２０ｍｍである、前記［１］〜［７］のいずれか一項に記載の散気装置。
［９］ 水槽と、前記水槽内に配置された膜モジュールユニットと、前記膜モジュールユニットの下方に配置された前記［１］〜［８］のいずれか一項に記載の散気装置とを備えた、水処理装置。
［１０］ 上部に複数の散気孔が形成された、水平方向に延びる散気管と、一端が前記散気管の末端に直接又は間接的に連通し、他端が鉛直方向下向きに開放した、鉛直方向に延びる開放管とを備えた散気装置の運転方法であって、下記式（１）を満たすように、散気管１本あたりに供給される気体の風量を調節する、散気装置の運転方法。
（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦８ ・・・（１）
（式（１）中、Ｄは散気管の内径（ｍｍ）であり、ｄは散気孔の直径（ｍｍ）であり、ｎは散気管１本あたりの散気孔の数（個）であり、Ｑは散気管１本あたりに供給される気体の風量（ｌ／ｍｉｎ）である。）
また、本発明は以下の側面を有する。
＜１＞外部から気体が供給される主配管と、基端が前記主配管に連通し、上部に散気孔が形成された、水平方向に延びる複数の散気管と、前記散気管の末端同士を連通させる連通部材と、一端が前記連通部材を介して前記散気管の末端に連通する１つ又は複数の開放管とを備えた、散気装置。
＜２＞前記開放管の他端が、鉛直方向の下向きに開放し、鉛直方向に延びている、＜１＞に記載の散気装置。
＜３＞前記散気管の本数Ａと前記開放管の本数Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１〜３．５である、＜１＞又は＜２＞に記載の散気装置。
＜４＞前記散気管の内径Ｄが、６〜２０ｍｍであり、前記散気孔の直径ｄが、５〜６ｍｍである、＜１＞〜＜３＞のいずれか一項に記載の散気装置。
＜５＞前記散気孔の数が、前記散気管の１本あたり３〜５個である、＜１＞〜＜４＞のいずれか一項に記載の散気装置。
＜６＞前記散気孔の間隔が、５０〜１２０ｍｍである、＜５＞に記載の散気装置。
＜７＞水槽と、前記水槽内に配置された膜モジュールユニットと、前記膜モジュールユニットの下方に配置された請求項１〜６のいずれか一項に記載の散気装置とを備えた、水処理装置。
本発明は更に以下の態様を有する。
［１］上部に複数の散気孔が形成された、水平方向に延びる散気管と、開口管とを備えた散気装置であって、前記開口管の一端が前記散気管の末端に直接又は間接的に連通し、前記開口管の開口端が鉛直方向下向きに開放し、かつ下記式（１）を満たす、散気装置；
（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦７．５ ・・・（１）
（式（１）中、Ｄは散気管の内径（ｍｍ）であり、ｄは散気孔の直径（ｍｍ）であり、ｎは散気管１本あたりの散気孔の数（個）であり、Ｑは散気管１本あたりに供給される気体の風量（ｌ／ｍｉｎ）である。）
［２］散気の均一性を表す指標である標本分散が、下記式（２）を満たす前記［１］に記載の散気装置；
標本分散＝｛(Ｖ１−Ｖ)２＋(Ｖ２−Ｖ)２＋・・・＋(Ｖｎ−Ｖ)２｝／ｎ ≦ ２ ・・・（２）
（式（２）中、Ｖ１、Ｖ２、・・・Ｖｎは散気管１本あたりに形成されたｎ個の散気孔からそれぞれ散気される空気の流速であり、Ｖは各散気孔から散気される空気の平均流速である。）
［３］外部から気体が供給される主配管と、複数の前記散気管と、前記開口管とを備えた散気装置であって、前記散気管の基端が前記主配管に連通している、前記［１］又は［２］に記載の散気装置；
［４］前記主配管と、前記複数の散気管と、前記開口管とを備え、前記開口管の一端が前記散気管ごとの末端に直接連通している、前記［３］に記載の散気装置；
［５］前記主配管と、前記複数の散気管と、前記散気管の末端同士を連通させる連通部材と、一端が前記連通部材に連通している１つ又は複数の前記開口管とを備えた、前記［３］に記載の散気装置；
［６］前記散気管の本数Ａと前記開口管の本数Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１〜３．５である、前記［５］に記載の散気装置；
［７］前記散気管の長さＬが、２００〜５００ｍｍである、前記［１］〜［６］のいずれか一項に記載の散気装置；
［８］前記散気管の内径Ｄが、６〜２０ｍｍであり、前記散気孔の直径ｄが、３〜１０ｍｍである、前記［１］〜［７］のいずれか一項に記載の散気装置；
［９］前記散気管１本あたりの前記散気孔の数が、３〜５個である、前記［１］〜［８］のいずれか一項に記載の散気装置；
［１０］前記複数の散気孔の間隔が、５０〜１２０ｍｍである、前記［１］〜［９］のいずれか一項に記載の散気装置；
［１１］水槽と、前記水槽内に配置された膜モジュールユニットと、前記膜モジュールユニットの下方に配置された前記［１］〜［１０］のいずれか一項に記載の散気装置とを備えた、水処理装置；
［１２］上部に複数の散気孔が形成された、水平方向に延びる散気管と、開口管とを備え、前記開口管の一端が前記散気管の末端に直接又は間接的に連通し、前記開口管の開口端が鉛直方向下向きに開放し、かつ鉛直方向に延びている散気装置の運転方法であって、下記式（１）を満たすように、散気管１本あたりに供給される気体の風量を調節する、散気装置の運転方法。
（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦７．５ ・・・（１）
（式（１）中、Ｄは散気管の内径（ｍｍ）であり、ｄは散気孔の直径（ｍｍ）であり、ｎは散気管１本あたりの散気孔の数（個）であり、Ｑは散気管１本あたりに供給される気体の風量（ｌ／ｍｉｎ）である。）
本発明によれば、均一に散気でき、かつ設置の利便性が高く、配管が複雑化しにくい散気装置とその運転方法、及び前記散気装置を備えた水処理装置を提供できる。
本発明の一実施形態に係る散気装置の一例を示す斜視図である。 図１に示す散気装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る散気装置の他の例を示す斜視図である。 図３に示す散気装置を各部材ごとに分解した分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る散気装置の他の例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る散気装置の他の例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る散気装置の他の例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る水処理装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る膜モジュールユニットの一例を示す斜視図である。 従来の散気装置の一例を示す断面図である。 従来の散気装置の他の例を示す断面図である。 従来の散気装置の他の例を示す断面図である。 従来の散気装置の他の例を示す断面図である。 従来の散気装置の他の例を示す断面図である。
［散気装置］
以下、本発明の散気装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態例である散気装置を示す斜視図である。この例の散気装置１０は、水平方向に延びる散気管１１と、開口管１２と、接続部材１３とを備える。
なお、後述する図２〜９において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。
散気管１１は、長手方向に垂直な断面（以下、「垂直断面」という。）が、例えば円形の円管からなり、その周壁の上部には、散気用気体（以下、単に「気体」という。）を噴出するための円形の散気孔１４が複数、散気管１１の長手方向に沿って一列に形成されている。
散気管１１の材質としては、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂や、金属などが挙げられる。
なお、本発明において、周壁の上部とは、散気管１１を水平方向に配置した際に、散気管１１の軸線よりも上側に位置する部分の周壁である。そして、散気孔１４の中心が散気管１１の周壁の上部に位置している場合、この散気孔１４は散気管１１の上部に形成されているものとする。すなわち、本発明の散気装置の一つの態様においては、散気管１１を水平方向に配置した際に、散気孔１４が鉛直方向上方に向くように、散気管１１に形成されていることが好ましい。
散気管１１の内径Ｄは、６〜２０ｍｍであることが好ましく、９〜１３ｍｍであることがより好ましい。散気管１１の内径Ｄが上記範囲内であれば、散気孔１４にかかる散気圧力を均一化でき、気体をより均一に散気することができる。散気孔１４から気体をより均一に散気することができれば、散気装置１０の真上の領域内に配置された膜モジュールユニットの水処理効果と洗浄効果が向上するため好ましい。
ここで、散気管１１の内径Ｄとは、散気管１１の直径から、管の厚み分を差し引いた、実際に液体、又は気体が流れる部分の径のことを指す。また、散気管１１の長手方向に垂直な断面は、円形であることが好ましい。また、前記垂直断面が楕円形である場合、散気管１１の内径Ｄとは、散気管１１の前記垂直断面の中心を通るように引かれた直線の内、最も長い線のことを指す。また、散気管１１は、その長手方向において内径Ｄが変化しない形状であることが好ましい。
また、散気孔１４の直径ｄは、３〜１０ｍｍであることが好ましく、３．５〜６．５であることがより好ましく、４〜６ｍｍであることがさらに好ましい。
散気管１１に流れ込んだ気体は、散気孔１４から外部に噴出される。この際、噴出された気体が気泡となり、下方から上方へと上昇する。これにより、詳しくは後述するが、散気装置１０の真上の領域内を上昇する気泡が均一となり、上記領域内に配置された膜モジュールユニットの水処理効果と洗浄効果が向上する。その効果を実現させるため、散気管１１に形成されている散気孔１４の数は、散気管１本あたり３〜５個であることが好ましい。なお、詳しくは後述するが、散気装置が複数の散気管を有する場合、散気管１本あたりの散気孔１４の数を統一することが好ましい。すなわち、本発明の１つの態様において、「複数の散気孔が形成された散気管」は、その周壁に３〜５個の散気孔が形成されている散気管であることが好ましい。
また、散気孔１４の間隔は、５０〜１２０ｍｍであることが好ましく、８０〜１００ｍｍであることがより好ましい。散気孔１４の間隔が５０ｍｍ以上であれば、散気管１１の長さが適度に長くなるので、広範囲の膜モジュールを洗浄することができる。ただし、散気孔１４の間隔が広くなるに連れて、散気孔１４との間の、上方に位置する膜モジュールに気泡が届きにくくなり、十分に洗浄できなくなることがある。よって、散気孔１４の間隔は１２０ｍｍ以下が好ましい。ここで、「散気孔１４の間隔」とは、散気管１１を水平に配した状態で前記散気装置を鉛直方向から平面視した際、一方の散気孔１４の中心から、前記一方の散気孔１４に隣接する他方の散気孔１４の中心までの距離のことを指す。
また、本発明の散気装置の１つの態様において、散気管１１の長さＬは、２００〜５００ｍｍであることが好ましく、２５０〜４００ｍｍであることがより好ましい。ここで、散気管１１の長さとは、散気管１１の基端から、開口管１２の接続部までの距離のことを指す。また、散気管１１の基端に接続部材１３が接続されている場合、前記長さＬは、散気管１１の接続部材１３との接続部から、開口管１２の接続部までの距離のことを指す。すなわち、図１においては、接続部材１３の他端１３ｂから、開口管１２の一端１２ａまでの距離のことを指す。
ところで、詳しくは後述するが、散気管１１の基端１１ａ側に形成された散気孔１４、すなわち、基端１１ａに隣接する散気孔１４から開口管１２までの距離が長くなるほど、圧力損失により散気装置１０中、特に散気管１１中に滞留する汚泥量が多くなり、汚泥が散気装置１０内で腐敗したり、固形化したりしやすくなる。
散気管１本あたりの散気孔１４の数が５個以下であり、散気孔１４の間隔が１２０ｍｍ以下であれば、散気管１１の基端１１ａに隣接する散気孔１４から開口管１２までの距離が長くなりすぎないので、汚泥が滞留しにくくなる。すなわち、本発明の散気装置の１つの態様においては、散気管１１の基端１１ａに隣接する散気孔１４から、開口管１２までの距離は、２０〜１２０ｍｍであることが好ましい。前記距離が２０〜１２０ｍｍであれば、汚泥が滞留しにくくなるため好ましい。また、前記距離は、散気管１１を水平に配した状態で散気装置を鉛直方向から平面視した際の、基端１１ａ側に隣接する散気孔１４の中心から、開口管１２の他端１２ｂまでの距離のことを指す。
開口管１２は、一端１２ａが散気管１１の末端１１ｂに着脱自在に直接連通し、他端１２ｂが鉛直方向下向きに開放し、かつ他端１２ｂ側が鉛直方向下向きに延びており、更に長手方向に垂直な断面が円形の円管である。ここで、鉛直方向下向きとは、斜め下向きも含むものとする。また、散気管１１の上端の接線から開口管１２の他端１２ｂまでの、鉛直方向下向きに伸びた管部の長さは、散気管１１の内径Ｄに対して、２〜５倍であることが好ましい。また、散気管１１に供給する空気の流量が大きい場合には、その長さを比較的長く、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度に形成するのが好ましい。
開口管１２としては、９０°エルボ管などが挙げられる。
開口管１２の材質としては、散気管１１の材質の説明において先に例示した合成樹脂や金属などが挙げられる。
また、開口管１２の他端１２ｂの内径は、散気管１１の内径Ｄと同じであってもよく、異なっていてもよい。
接続部材１３は、気体を散気装置１０に供給する気体供給装置の気体供給管と散気管１１とを接続するものである。
接続部材１３は、一端１３ａが鉛直方向の上向きに開放し、他端１３ｂが散気管１１に着脱自在に連通し、かつ一端１３ａ側が鉛直方向の上向きに伸びており、更に長手方向に垂直な断面が円形の円管である。また、接続部材１３の一端１３ａは気体供給管に着脱自在に接続される。
接続部材１３の材質としては、散気管１１の材質の説明において先に例示した合成樹脂や金属などが挙げられる。
本発明の1つの態様において、散気装置１０は、下記式（１）を満たす。
（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦７．５ ・・・（１）
（式（１）中、Ｄは散気管の内径（ｍｍ）であり、ｄは散気孔の直径（ｍｍ）であり、ｎは散気管１本あたりの散気孔の数（個）であり、Ｑは散気管１本あたりに供給される気体の風量（ｌ／ｍｉｎ）である。）
また、前記散気装置１０は、散気の均一性を表す指標である標本分散が、下記式（２）を満たすことが好ましい。
標本分散＝｛(Ｖ１−Ｖ)２＋(Ｖ２−Ｖ)２＋・・・＋(Ｖｎ−Ｖ)２｝／ｎ ≦ ２ ・・・（２）
（式（２）中、Ｖ１、Ｖ２、・・・Ｖｎは散気管１本あたりに形成されたｎ個の散気孔からそれぞれ散気される空気の流速であり、Ｖは各散気孔から散気される空気の平均流速である。）
前記標本分散は、散気孔１４から散気される気体の風量と、散気孔１４から散気される気体の流速を基に算出することのできる値である。前記標本分散の値が２以下であれば、散気孔１４から均一に散気が行われるため好ましく、１．５以下であることがより好ましく、１以下であることがさらに好ましい。
散気装置１０に供給される気体の風量は、通常、散気管１１に形成された各散気孔１４から散気される気体の風量の合計に等しい。
ところで、散気管１１内を流れる気体の流速は、散気管１１の内径Ｄに影響を受ける。散気管１１の内径Ｄが大きくなるに連れて散気管１１内を流れる気体の流速は遅くなる傾向にあり、散気管１１の内径Ｄが小さくなるに連れて散気管１１内を流れる気体の流速は速くなる傾向にある。そして、散気管１１内を流れる気体の流速が速くなるほど、散気管１１の末端１１ｂまで気体が到達しやすくなり、その結果、各散気孔１４から散気される気体の風量の均一性が向上する。しかし、散気管１１内を流れる気体の流速が速くなりすぎると、散気管１１内の圧力損失が増大し、その結果、散気エネルギーが増大する懸念がある。散気エネルギーが増大すると、エネルギー消費量やランニングコストが高騰するため好ましくない。
本発明者らは鋭意検討した結果、上記式（１）を満たすように散気管１１の内径Ｄと、散気孔１４の直径ｄと、散気管１本あたりの散気孔１４の数ｎと、散気管１本あたりに供給される気体の風量Ｑとを調整することで、散気エネルギーが増大しない程度の速さで気体が散気管１１内を流れるようになることを見出した。
散気装置１０が上記式（１）を満たせば、適度に速い流速で気体が散気管１１の末端１１ｂまで流れるので、散気エネルギーを増大させることなく、各散気孔１４から気体を均一に散気できる。よって、膜モジュールを十分に洗浄でき、汚泥等の付着（クロッキング）による膜モジュールの機能の低下を抑制できる。
なお、風量Ｑが増加すれば、各散気孔１４から流れ出る風量も増え、均一に散気されやすくなる傾向にある。よって、風量Ｑの値が十分に大きくなり、散気の均一性が向上することから、（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑの下限値は０．１以上が好ましい。すなわち、本発明の１つの態様において、散気装置１０は、０．１≦（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦７．５を満たすことが好ましく、１．０≦（Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦５．５を満たすことがより好ましい。
また、各散気孔１４から流れる風量は、メスシリンダー等の容器を用いて、散気孔から吐出されるエアーを採取する方法により測定することができる。
＜作用効果＞
本実施形態例の散気装置１０は、水平方向に延びる散気管１１と、他端１２ｂ側が鉛直方向下向きに延びる開口管１２とを備え、開口管１２の一端１２ａが散気管１１の末端１１ｂに連通し、更に開口管１２の他端１２ｂが鉛直方向下向きに開放している。そのため、散気装置１０を水処理装置の水槽内に浸漬させると、開口管１２には上向きに水圧がかかり、すなわち、図２に示すように開口管１２に被処理水２１が引き込まれて、水面がふたの役割を果たす。その結果、散気管１１の末端１１ｂから気泡が流出することなく、均一に圧力が行き渡り、複数の散気孔１４から気体を均一に散気できる。特に、散気管１１の内径Ｄが小さくなるに連れて散気管１１内を流れる気体の流速は速くなる傾向にある。そして、散気管１１内を流れる気体の流速が速くなるほど、散気管１１の末端１１ｂまで気体が到達しやすくなるので、複数の散気孔１４から気体をより均一に散気できる。よって、膜モジュールを十分に洗浄でき、汚泥等の付着（クロッキング）による膜モジュールの機能の低下を抑制できる。
なお、散気管１１の末端１１ｂに開口管１２が連通していない場合（すなわち、散気管１１の末端１１ｂが水平方向に開放されている場合）や、他端が水平方向に開放した、水平方向に延びる開口管が散気管１１の末端１１ｂに連通している場合は、散気管１１内の気体が散気管１１の末端１１ｂや、水平方向に延びる開口管の開口端から逸散してしまい、気体を均一に散気できなくなる。
加えて、本実施形態例の散気装置１０は、上記式（１）を満たすので、気体の均一散気性が向上する。
また、本実施形態例の散気装置１０は、散気管１１が水平方向に延びているので、図１２〜１４のように散気管を一定の角度をつけて配置する必要がない。よって、本発明の散気装置１０は設置の利便性が高く、また、配管が複雑化しにくい。
ところで、水処理装置の水槽内に浸漬させた散気装置の運転を停止すると、汚泥等の夾雑物を含む被処理水が散気管等に侵入し、汚泥等が沈殿して散気管の下部に堆積する。
散気装置の運転を再開すれば被処理水は散気孔から排出されるが、例えば図１０〜１４に示す散気装置のように散気孔が散気管の上部に形成されており（すなわち、散気孔が上向きに形成されている）、かつ散気管の末端が閉塞されていると、散気管の下部に堆積した汚泥は排出されにくく、散気管内に滞留したままとなる。この滞留した汚泥は散気管に供給される気体によって徐々に乾燥して粗大化し、やがて剥離して気体の流れにのって移動し、散気孔を閉塞することとなる。散気孔が閉塞すると均一に散気できなくなるため、散気装置の運転を停止し、散気管等を清掃する必要がある。
しかし、本実施形態例の散気装置１０であれば、散気管１１の末端１１ｂに、他端１２ｂが鉛直方向下向きに開放している開口管１２が連通している。そのため、散気装置１０の運転を再開すれば、散気管１１内の被処理水が排出される勢いや曝気圧力によって、散気管１１内に侵入した汚泥等を含む被処理水は、散気管１１の上部に形成された散気孔１４を閉塞することなく開口管１２から排出される。また、図２に示すように、一旦散気管１１から排出された被処理水２１の水面は、散気管１１よりも下側であるため、被処理水２１に含まれる汚泥が気体によって乾燥し、粗大化して散気孔１４を閉塞するのを抑制できる。
本願の散気装置１０は、他端１２ｂが鉛直方向下向きに開放している開口管１２に加えて、散気孔１４が散気管１１の上部に形成されているので、汚泥が重力に逆らって散気孔１４に付着することは困難であり、散気孔１４が閉塞するのを抑止する効果を得ることができる。特に、被処理水中に数ｍｍ程度の大きさの粗大な汚泥等の夾雑物が多く含まれる場合や、散気を長時間停止したまま放置する事が想定されるときには、散気孔１４を散気管１１の上部に形成することが有効である。
ただし、開口管１２と、散気管１１の基端１１ａに隣接する散気孔１４との距離が長くなるほど、圧力損失により散気装置１０の停止中に滞留する汚泥量が多くなり、汚泥が散気装置１０内で腐敗したり、固形化したりしやすくなる。散気装置１０中に滞留する汚泥量を減らすには、上述したように、散気孔１４の数を散気管１本あたり５個以下としたり、散気孔１４の間隔を１２０ｍｍ以下としたりすることが好ましい。
なお、散気孔が散気管の下部に形成されていれば（すなわち、散気孔が下向きに形成されていれば）、散気装置の運転を再開することで前記散気孔からも汚泥等を含む被処理水が排出される。しかし、粗大固形物が予め散気管内に滞留していたり、汚泥等が腐敗して固形化するほど長時間運転を停止したりする場合には、固形物は下向きの散気孔から速やかに排出されず、そのまま散気孔を閉塞することになる。
しかし、本発明のように散気孔が散気管の上部に形成されていれば、粗大固形物が予め散気管内に滞留していたり、汚泥等が腐敗して固形化するほど長時間運転を停止したりしても、固形物が散気孔を閉塞しにくい。ここで、散気孔が下向きに形成されているとは、散気管の軸線よりも下側に位置する部分の周壁に散気孔が形成されていることを指す。
このように、本実施形態の散気装置１０であれば、汚泥等による散気孔１４の閉塞が起こりにくいので、散気孔１４からの均一散気を維持できる。さらに、散気管１１等を清掃する場合でも、散気管１１と開口管１２と接続部材１３とは互いに着脱自在に取り付けられているので、清掃が容易で、メンテナンスが非常に簡便である。
＜他の実施形態例＞
本発明の散気装置は図１に示すものに限定されない。図１に示す散気装置１０は１本の散気管１１を備えているが、散気管１１の数は複数であってもよい。散気管１１を複数備える散気装置としては、例えば図３に示すような、外部から気体が供給される、水平方向に延びる主配管１５と、複数の散気管１１と、複数の開口管１２とを備えた散気装置１０が挙げられる。
図３に示す散気装置１０の場合、主配管１５と散気管１１とが直交するように、散気管１１の基端１１ａが接続部材１３を介して主配管１５に着脱自在に連通して取り付けられ、散気管１１ごとに開口管１２の一端１２ａが散気管１１の末端１１ｂに直接連通している（図４参照）。
主配管１５は、その基端１５ａが気体供給管に着脱自在に接続され、気体供給装置から供給された気体を各散気管１１に送るものである。
主配管１５は、例えば、長手方向に対して垂直な断面が円形の円管であり、主配管１５を水平に配した状態でその周壁の側部には、図４に示すように接続部材１３と接続するための円形の接続孔１６が複数、主配管１５の長手方向に沿って一列に形成されている。
主配管１５としては、ヘッダー管などが挙げられる。
主配管１５の材質としては、散気管１１の材質の説明において先に例示した合成樹脂や金属などが挙げられる。
なお、図４は、主配管１５から接続部材１３を取り外し、散気管１１から接続部材と開口管１２とを取り外した状態を示す分解斜視図である。
本発明の散気装置の１つの態様において、前記主配管１５を水平に配した状態で前記散気装置を鉛直方向から平面視した際の、主配管１５の気体供給管との接続部である基端から、末端までの長さ、すなわち、図４において、主配管１５の基端１５ａから、もう一方の端部までの長さは、１５０〜２５００ｍｍであることが好ましく、２００〜２２００ｍｍであることがより好ましい。また、主配管１５の内径は、散気の均一性の観点から、２０〜１００ｍｍであることが好ましく、４０〜９０ｍｍであることがより好ましい。
主配管１５の内径とは、主配管１５の直径から管の厚み分を差し引いた、実際に液体、又は気体が流れる部分の径のことを指す。また、前述の通り、主配管１５の長手方向に垂直な断面は円形であることが好ましい。また、前記断面が楕円形状である場合、主配管１５の内径とは、主配管１５の前記断面において、主配管１５の中心を通るように引かれた直線の内、最も長い線のことを指す。また、主配管１５は、その長手方向において内径が変化しない形状であることが好ましい。
図３に示すように、散気装置１０が複数の散気管１１を備えていれば、一度により多くの気体を散気できる。
また、接続部材１３で、主配管１５と散気管１１とを接続しているので、例えば散気装置１０のメンテナンスを行う場合や気体の風量を変える場合などにおいて、簡単に散気管１１を取り外すことができる。また、散気管１１は主配管１５から簡単に取り外すことができるので、清掃が容易である。また、例えば風量を変えたことにより上記式（１）を満たさなくなった場合は、散気管１１のみの交換で上記式（１）を満たすようにできるので、交換設置が簡便である。しかも、後述する膜モジュールの大きさに応じて主配管１５や散気管１１を容易に適宜交換できる。
また、散気管１１ごとに開口管１２が連通しているので、各散気管１１内において、それぞれ抵抗を均等化できる。気体は抵抗の高いところから低いところに流れる特性があるが、各散気管１１内の抵抗をそれぞれ均等にできれば、各散気管１１の各散気孔１４からより均一に気体を散気できる。
しかも、主配管１５と散気管１１とが直交しているので、気体供給装置から供給された気体が主配管１５を通過する際に水平方向に流れ、そのまま水平方向に延びる散気管１１に供給される。よって、主配管１５内と散気管１１内の抵抗が均等になり、各散気管１１内に気体がより均等に供給される。
なお、図１に示す散気装置１０の場合は、接続部材１３と開口管１２の２箇所で屈曲しているので、流路抵抗を小さくできる。
なお、複数の散気管を備える散気装置は図３に示すものに限定されない。図３に示す散気装置は、散気管１１の末端１１ｂ同士が連通していないが、散気管１１の末端１１ｂ同士は連通していてもよい。散気管１１の末端１１ｂ同士が連通している散気装置１０としては、例えば図５に示すような、主配管１５と、複数の散気管１１と、散気管１１の末端１１ｂ同士を連通させる連通部材１７と、複数の開口管１２とを備えた散気装置１０が挙げられる。
図５に示す散気装置１０は、散気管１１の末端１１ｂ同士が連通部材１７で連通し、開口管１２が屈曲することなく鉛直方向に延びており、前記開口管１２の一端が連通部材１７に連通している以外は、図３に示す散気装置１０と同じである。すなわち、図５に示す本発明の散気装置の１つの態様においては、開口管１２は、連通部材１７に直接連通し、かつ連通部材１７との連通部から、鉛直方向下向きに伸びている。
連通部材１７としては、散気管１１の末端１１ｂ同士を連通できるものであれば特に制限されず、連通部材１７の材質としては、散気管１１の材質の説明において先に例示した合成樹脂や金属などが挙げられる。
なお、図５に示す連通部材１７は開口管１２と一体化されているが、連通部材１７と開口管１２とはそれぞれ独立していてもよい。
図５に示すように、散気管１１の末端１１ｂ同士が連通部材１７で連通していれば、気体供給装置に近いところに配置された散気管１１内の気体が前記散気管１１に形成された散気孔１４から散気しきれずに散気管１１内に残留しても、連通部材１７を介して他の散気管１１に流れるので、気体をより均一に散気することが可能となる。
また、例えば散気装置１０のメンテナンスを行う場合や気体の風量を変える場合などにおいて、簡単に散気管１１から開口管１２を取り外すことができる。しかも、散気管１１と開口管１２とが着脱自在なので、清掃が容易であるとともに、後述する膜モジュールの大きさに応じて散気管１１の大きさや本数を容易に適宜交換できる。
上述した図１、３、５に示す散気装置１０は、散気管１１と開口管１２の数が一致しているが、すなわち、散気管１１ごとに開口管１２が連通しているが、例えば図６に示す散気装置１０のように、散気管１１と開口管１２の数は一致していなくてもよい。
本発明の散気装置の１つの態様において、散気管の本数Ａと開口管の本数Ｂとの比（Ａ／Ｂ）は、１〜３．５であることが好ましい。Ａ／Ｂが１未満となることは、散気管１１の本数よりも開口管１２の本数が多いことを意味するが、開口管１２の本数と散気管１１の本数が同じでも、開口管１２の本数が散気管１１の本数よりも多くても、上述した開口管１２を設ける効果はほぼ同じであるため、開口管１２の本数を多くする必要性はない。一方、Ａ／Ｂが３．５以下であれば、上述した開口管１２を設ける効果を十分に発揮しつつ、かつ散気装置１０の構造をより単純化できる。また、散気管の本数Ａと開口管の本数Ｂとの比（Ａ／Ｂ）は、１〜２であることがより好ましい。
なお、図１、３に示す散気装置１０は、開口管１２が散気管１１に直接連通しているが、図５、６に示す散気装置１０は、開口管１２が連通部材１７を介して散気管１１に連通している。
このように、開口管１２の一端は、散気管１１の末端に直接連通していてもよいし、間接的に連通していてもよい。
また、上述した図３、５、６に示す散気装置１０は、主配管１５の中心軸線を通るように主配管１５を縦に切断したときに一方の側に散気管１１が接続部材１３を介して主配管１５に取り付けられているが、例えば図７に示すように、他方の側にも散気管１１が取り付けられていてもよい。すなわち、図７に示す散気装置１０は、主配管１５の両側に散気管１１が取り付けられている。
なお、主配管１５の両側に散気管１１を取り付ける場合、各側に取り付けられる散気管１１の数は１本でもよいし、２本以上でもよい。すなわち、本発明の散気装置の１つの態様においては、主配管１５を水平に配置した状態で前記散気装置を鉛直方向から平面視した際、主配管１５の中心軸に対して散気管１１が対称に配置されていてもよく、非対称に配置されていてもよい。
＜用途＞
散気装置は、膜モジュールユニットを備えた水処理装置（例えば活性汚泥処理装置、膜洗浄装置、膜分離装置、排水処理装置など）の水槽内に配置されて使用される。具体的には、被処理水を曝気する際や、膜モジュールを洗浄する際に用いられる。
＜散気装置の運転方法＞
散気装置は、上記式（１）を満たすように、運転するのが好ましい。例えば、上記（１）を満たすように、散気管１本あたりに供給される気体の風量を調節しながら散気装置を運転するのが好ましい。
［水処理装置］
以下、本発明の水処理装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図８は、本発明の一実施形態例である水処理装置を示す概略構成図である。この例の水処理装置１は、活性汚泥などの被処理水２１が投入された水槽２０と、水槽２０内に配置された膜モジュールユニット３０と、膜モジュールユニット３０の下方に配置された本発明の散気装置１０（以下、散気ユニットと言うこともある）と、気体供給装置４０（以下、気体供給ユニットと言うこともある）とを備えた水処理装置であり、浸漬型膜分離装置として用いられる。
すなわち、本発明のその他の態様は、上部に複数の散気孔が形成された、水平方向に延びる散気管と、開口管とを備える散気ユニットと、前記散気管に気体を供給する気体供給管と、ブロワとを備える気体供給ユニットとを有する水処理装置であって、前記開口管の一端が前記散気管の末端に直接又は間接的に連通し、前記開口管の開口端が鉛直方向下向きに開放し、前記散気ユニットと前記気体供給ユニットが、気体供給管によって接続され、かつ前記式（１）を満たすことを特徴とする水処理装置に関する。また、前記気体供給ユニットは更に、送風量をコントロールするための、コントロールユニットを備えていることが好ましい。
水槽２０の大きさは特に制限されないが、例えば水深１ｍ以上が好ましい。
膜モジュールユニット３０は、図９に示すように複数の膜モジュール３１を備えている。
図９に示す膜モジュール３１は、この例では中空糸膜などの膜エレメント３２を備えて構成されている。また、膜モジュール３１には、図８に示すように、吸引配管３３を介して吸引ポンプが接続され、吸引濾過が可能に構成されている。
図８に示す気体供給装置４０は、送気ユニットであるブロワ４１と、ブロワ４１と散気装置１０とを接続する気体供給管４２とを備えている。
気体供給管４２は、ブロワ４１から送気された気体を散気装置１０へ供給するものであり、一端がブロワ４１に連通している。
なお、図８、９では、便宜上、散気装置１０は散気管や開口管等の散気装置１０を構成する各部材を省略しているが、水処理装置１が図１に示す散気装置１０を備えている場合は、気体供給管４２の他端は散気装置１０の接続部材１３の一端１３ａに連通している。また、水処理装置１が図３、５、６、７の散気装置１０を備えている場合、気体供給管４２の他端は散気装置１０の主配管１５の基端１５ａに連通している。
散気装置に供給される気体としては空気が一般的であるが、空気以外の気体（例えば酸素など）を用いてもよい。
散気管１本あたりに供給される気体の風量Ｑは、２５〜１５０ｌ／ｍｉｎが好ましい。また、風量Ｑは、５０〜１２５ｌ／ｍｉｎであることがより好ましい。風量Ｑが上記範囲内であれば、均一散気の効果がより高まる。
また、散気管１１内を流れる気体の流速は２０ｍ／ｓ以下が好ましい。散気管１１内を流れる気体の流速が２０ｍ／ｓ以下であれば、散気管１１内の圧力損失が増大するのを抑制できるので、散気エネルギーの増大も防げる。散気管１１内を流れる気体の流速の下限値は特に制限されないが、上述したように、流速が速くなるほど、散気管１１の末端１１ｂまで気体が到達しやすくなり、その結果、各散気孔１４から散気される気体の均一性が向上する。よって、５ｍ／ｓ以上が好ましい。
また、散気孔１４から散気される気体の流速は１３ｍ／ｓ以下が好ましい。散気孔１４から散気される気体の流速が１３ｍ／ｓ以下であれば、散気管１１内の圧力損失が増大するのを抑制できるので、散気エネルギーの増大も防げる。散気管１１内を流れる気体の流速の下限値は５ｍ／ｓ以上が好ましい。散気孔１４から散気される気体の流速が５ｍ／ｓ以上であれば、均一散気の効果がより高まる。
散気装置１０は、例えば水深１ｍ以上の水槽２０内の、膜モジュールユニット３０の下方に配置される。
膜モジュールユニット３０に均一に気体を散気できる観点で、散気装置１０は、散気管の長手方向が図９に示す膜モジュールユニット３０の膜モジュール３１の幅方向Ｈと平行になるように、膜モジュールユニット３０の下方に配置されるのが好ましい。
すなわち、本発明に係る散気方法の一実施形態は、まず、図８に示すように水槽２０内に膜モジュールユニット３０、散気装置１０等を配置するとともに、被処理水２１を所定の水位（水深）となるように蓄える。そして、この状態で吸引ポンプを作動させることにより、膜モジュールユニット３０による吸引濾過を行う。
また、このような吸引濾過と並行して、所定の時間、気体供給装置４０（ブロワ４１）から散気装置１０に向けて気体を連続的に供給する。気体の供給量としては、前述の式（１）を満たすようにコントロールすることが好ましい。このように気体を供給することで、気体供給管４２を介して散気装置１０に供給された気体は、主配管１５を通って散気管１１の散気孔１４から噴出する。
このようにして散気孔１４から気体を噴出すると、噴出した気体は気泡となり、水槽２０中、すなわち被処理水２１中を上昇する。上昇した気泡は、被処理水２１を伴うことで気液混合流を形成する。この気液混合流は、膜モジュールユニット３０（膜モジュール３１）に当たることによって各膜エレメントを洗浄する。すなわち、気液混合流は膜エレメント（膜モジュールユニット３０）の表面に付着した汚泥等の懸濁物質を剥離し、膜モジュールユニット３０から除去する。
このような散気工程を所定の時間行ったら、一定時間ブロア４１を停止し、散気装置１０への気体の供給を停止する、停止工程を行う。すると、主配管１５や散気管１１内に残る気体は散気孔１４を抜け出て被処理水２１中に排出され、膜モジュールユニット３０を洗浄する。また、この気体と置換して、開口管１２の他端１２ｂから被処理水２１が流入する。このように流入する被処理水２１は、例えば散気孔１４を目詰まりさせている乾燥堆積した異物（汚泥）や散気管１１内に堆積する汚泥を湿潤化させる。したがって、一定時間経過後、ブロワ４１を作動させて散気を再開した際、これら異物や汚泥を散気孔１４から容易に排出することができる。すなわち、主配管１５内や散気管１１内、及び散気孔１４を洗浄することができる。
散気工程を行う時間は、膜モジュールユニット表面に付着した汚泥等の種類、またその量によって異なるが、一般的には、３０分間〜３６０分間であることが好ましい。
＜作用効果＞
本実施形態例の水処理装置１は、気体を均一に散気でき、かつ設置の利便性が高い本発明の散気装置１０を備えている。よって、膜モジュールを十分に洗浄することができるので、クロッキングによる膜モジュールの機能低下を防止できる。
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
散気管として、内径Ｄが２０．０ｍｍであり、長さＬが５００ｍｍであり、上部に直径ｄが６．０ｍｍの円形の散気孔が等間隔に５個形成された、水平方向に延びる散気管を１本用いた。
この散気管の基端に接続部材の他端を連通させた。また、他端が鉛直方向下向きに開放し、かつ他端側が鉛直方向下向きに延びている開口管の一端を散気管の末端に直接連通させ、図１に示す散気装置１０とした。開口管としては、９０°エルボ管を用いた。
接続部材の一端に気体供給装置の気体供給管を接続し、気体供給装置から散気装置の散気管に空気を風量１００ｌ／ｍｉｎで供給した。
散気管内を流れる空気の流速は５．３ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり２０．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、１１．３ｍ／ｓ、１１．６ｍ／ｓ、１２．０ｍ／ｓ、１１．９ｍ／ｓ、１２．１ｍ／ｓであり、これらの平均流速は１１．８ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
散気管及び散気孔の大きさと、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量と散気性評価結果を表２に、散気性評価の指標である標本分散の値を表１に示す。
＜散気性の評価＞
先に求めた散気孔から散気される空気の風量と、散気孔から散気される空気の流速を基に、散気性評価の指標である標本分散を算出した。標本分散は下記式（２）より計算した。標本分散が２以下の場合は均一散気できたと判断し「○」と評価した。標本分散が２を超えた場合は、均一散気できていないと判断し「×」と評価した。その結果を表１に示す。また、表１中、菱形のプロットは実施例の標本分散であり、黒丸のプロットは比較例の標本分散である。
標本分散＝｛(Ｖ１−Ｖ)２＋(Ｖ２−Ｖ)２＋・・・＋(Ｖｎ−Ｖ)２｝／ｎ ・・・（２）
式（２）中、Ｖ１、Ｖ２、・・・Ｖｎは散気管１本あたりに形成されたｎ個の散気孔からそれぞれ散気される空気の流速であり、Ｖは各散気孔から散気される空気の平均流速である。
［実施例２］
散気管の内径Ｄを１３．０ｍｍに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は１２．６ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり２０．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、１０．６ｍ／ｓ、１０．７ｍ／ｓ、１１．６ｍ／ｓ、１２．４ｍ／ｓ、１３．７ｍ／ｓであり、これらの平均流速は１１．８ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例３］
散気管の内径Ｄを１３．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を７５ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は９．４ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１５．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、８．４ｍ／ｓ、８．２ｍ／ｓ、８．６ｍ／ｓ、９．３ｍ／ｓ、９．８ｍ／ｓであり、これらの平均流速は８．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例４］
散気管の内径Ｄを１３．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を６０ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は７．５ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１２．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、７．９ｍ／ｓ、７．４ｍ／ｓ、７．８ｍ／ｓ、７．５ｍ／ｓ、４．８ｍ／ｓであり、これらの平均流速は７．１ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例５］
散気管の内径Ｄを９．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を７５ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は１９．６ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１５．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、７．５ｍ／ｓ、８．２ｍ／ｓ、８．５ｍ／ｓ、９．７ｍ／ｓ、１０．４ｍ／ｓであり、これらの平均流速は８．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例６］
散気管の内径Ｄを９．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を６０ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は１５．７ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１２．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、７．１ｍ／ｓ、７．０ｍ／ｓ、６．７ｍ／ｓ、７．３ｍ／ｓ、７．３ｍ／ｓであり、これらの平均流速は７．１ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例７］
散気管の内径Ｄを１３．０ｍｍに変更し、散気孔の直径を４．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を６０ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は７．５ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１２．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、１５．９ｍ／ｓ、１６．２ｍ／ｓ、１６．２ｍ／ｓ、１５．７ｍ／ｓ、１５．６ｍ／ｓであり、これらの平均流速は１５．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を１．２６×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例８］
散気管の内径Ｄを７．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を５０ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は２１．７ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１０．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、６．４ｍ／ｓ、５．５ｍ／ｓ、６．１ｍ／ｓ、５．８ｍ／ｓ、５．６ｍ／ｓであり、これらの平均流速は５．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例９］
散気管の内径Ｄを７．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を５５ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は２３．８ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１１．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、６．７ｍ／ｓ、６．０ｍ／ｓ、６．５ｍ／ｓ、６．７ｍ／ｓ、６．５ｍ／ｓであり、これらの平均流速は６．５ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例１０］
散気管の内径Ｄを７．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を６０ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は２６．０ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１２．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、７．１ｍ／ｓ、６．７ｍ／ｓ、６．９ｍ／ｓ、７．４ｍ／ｓ、７．３ｍ／ｓであり、これらの平均流速は７．１ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例１１］
散気管の内径Ｄを１３．３ｍｍ、長さを４００ｍｍに変更し、散気孔の個数を３個に変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を５５ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は６．６ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１８．３ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、９．１ｍ／ｓ、１１．３ｍ／ｓ、１２．０ｍ／ｓであり、これらの平均流速は１０．８ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［実施例１２］
散気管として、内径Ｄが１３．３ｍｍであり、長さが３５０ｍｍであり、上部に直径が６．０ｍｍの円形の散気孔が等間隔に３個形成された、水平方向に延びる散気管を２本用いた。
各散気管と主配管とが直交するように、かつ、主配管の両側に散気管が取り付けられるように、接続部材を介して各散気管の基端を主配管に連通させた。また、他端が鉛直方向下向きに開放した、他端側が鉛直方向下向きに延びる開口管の一端を各散気管の末端にそれぞれ直接連通させ、図７に示す散気装置１０とした。開口管としては、９０°エルボ管を用いた。
主配管の基端に気体供給装置の気体供給管を接続し、気体供給装置から散気装置の散気管に合計で空気を風量１１０ｌ／ｍｉｎで供給した。すなわち、散気管１本あたりに供給される空気の風量は５５ｌ／ｍｉｎであった。
２本の散気管内を流れる空気の平均流速は１３．２ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１８．３ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、第一の散気管の基端側から順に、１０．８ｍ／ｓ、１０．９ｍ／ｓ、１１．１ｍ／ｓであり、第二の散気管の基端側から順に、９．８ｍ／ｓ、１０．８ｍ／ｓ、１１．６ｍ／ｓであり、これらの平均流速は１０．８ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。散気管及び散気孔の大きさと、気体供給装置から散気装置の散気管１本あたりに供給される空気の風量を表２に示す。また、実施例１と同様にして評価した散気性の評価結果を表１に示す。
［実施例１３］
散気管の内径Ｄを１３．３ｍｍ、長さを４００ｍｍに変更し、散気孔ｄの直径を５．５ｍｍ、個数を３個に変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を５５ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は６．６ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１８．３ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、１２．２ｍ／ｓ、１２．５ｍ／ｓ、１４．０ｍ／ｓであり、これらの平均流速は１２．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．３８×１０−５ｍ２として求めた。
［比較例１］
散気管の内径Ｄを１３．３ｍｍに変更し、散気孔の個数を３個に変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を２５ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は６．０ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり８．３ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、８．５ｍ／ｓ、５．７ｍ／ｓ、０．６ｍ／ｓであり、これらの平均流速は４．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［比較例２］
散気管の内径Ｄを１６．１ｍｍに変更し、散気管の長さＬを２５０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管１本あたりに供給される空気の風量を３５ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１３と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、２本の散気管内を流れる空気の平均流速は５．７ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１１．７ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、第一の散気管の基端側から順に、９．２ｍ／ｓ、７．５ｍ／ｓ、３．９ｍ／ｓであり、第二の散気管の基端側から順に、９．２ｍ／ｓ、７．５ｍ／ｓ、３．９ｍ／ｓであり、これらの平均流速は６．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［比較例３］
散気管の内径Ｄを３０．０ｍｍに変更し、散気管の長さＬを２５０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管１本あたりに供給される空気の風量を２５ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１３と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、２本の散気管内を流れる空気の平均流速は１．２ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり８．３ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、第一の散気管の基端側から順に、８．８ｍ／ｓ、５．４ｍ／ｓ、０．５ｍ／ｓであり、第二の散気管の基端側から順に、８．８ｍ／ｓ、５．４ｍ／ｓ、０．５ｍ／ｓであり、これらの平均流速は４．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［比較例４］
散気管の内径Ｄを２５．０ｍｍに変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を６０ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は２．０ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり１２．０ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、９．２ｍ／ｓ、８．４ｍ／ｓ、７．４ｍ／ｓ、５．９ｍ／ｓ、４．２ｍ／ｓであり、これらの平均流速は７．０ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［比較例５］
散気孔の個数を６個に変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を５０ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１、及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は２．７ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり８．３ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、８．９ｍ／ｓ、７．４ｍ／ｓ、６．３ｍ／ｓ、４．２ｍ／ｓ、２．１ｍ／ｓ、０．３ｍ／ｓであり、これらの平均流速は４．９ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
［比較例６］
散気管の内径Ｄを１３．０ｍｍに変更し、散気孔の個数を６個に変更し、気体供給装置から散気装置の散気管に供給される空気の風量を５０ｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして散気性を評価した。結果を表１及び２に示す。
なお、散気管内を流れる空気の流速は６．３ｍ／ｓであった。また、各散気孔から散気される空気の風量は散気孔１個あたり８．３ｌ／ｍｉｎであった。また、各散気孔から散気される空気の流速は、散気管の基端側から順に、６．８ｍ／ｓ、６．０ｍ／ｓ、５．４ｍ／ｓ、４．５ｍ／ｓ、４．０ｍ／ｓ、１．９ｍ／ｓであり、これらの平均流速は４．８ｍ／ｓであった。なお、各散気孔から散気される空気の流速は、散気孔の断面積を２．８３×１０−５ｍ２として求めた。
Figure 2018027543
Figure 2018027543
表１及び２から明らかなように、他端が鉛直方向下向きに開放し、かつ他端側が鉛直方向下向きに延びている開口管の一端を、水平方向に延びている散気管の末端に連通させ、かつ上記式（１）を満たす実施例１〜１３の散気装置の場合、散気孔から気体を均一に散気することができた。
一方、上記式（１）を満たさない比較例１〜６の散気装置の場合、散気孔から気体を均一に散気することができなかった。
１ 水処理装置
１０ 散気装置
１１ 散気管
１１ａ 基端
１１ｂ 末端
１２ 開口管
１２ａ 一端
１２ｂ 他端
１３ 接続部材
１３ａ 一端
１３ｂ 他端
１４ 散気孔
１５ 主配管
１５ａ 基端
１５ｂ 末端
１６ 接続孔
１７ 連通部材
２０ 水槽
２１ 被処理水
３０ 膜モジュールユニット
３１ 膜モジュール
３２ 膜エレメント
３３ 吸引配管
４０ 気体供給装置
４１ ブロワ
４２ 気体供給管
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、実施例１〜１０は参考例である。

Claims (12)

  1. 上部に複数の散気孔が形成された、水平方向に延びる散気管と、開口管とを備えた散気装置であって、前記開口管の一端が前記散気管の末端に直接又は間接的に連通し、前記開口管の開口端が鉛直方向下向きに開放し、かつ下記式（１）を満たす、散気装置。
    （Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦７．５ ・・・（１）
    （式（１）中、Ｄは散気管の内径（ｍｍ）であり、ｄは散気孔の直径（ｍｍ）であり、ｎは散気管１本あたりの散気孔の数（個）であり、Ｑは散気管１本あたりに供給される気体の風量（ｌ／ｍｉｎ）である。）
  2. 散気の均一性を表す指標である標本分散が、下記式（２）を満たす請求項１に記載の散気装置。
    標本分散＝｛(Ｖ１−Ｖ)２＋(Ｖ２−Ｖ)２＋・・・＋(Ｖｎ−Ｖ)２｝／ｎ ≦ ２ ・・・（２）
    （式（２）中、Ｖ１、Ｖ２、・・・Ｖｎは散気管１本あたりに形成されたｎ個の散気孔からそれぞれ散気される空気の流速であり、Ｖは各散気孔から散気される空気の平均流速である。）
  3. 外部から気体が供給される主配管と、複数の前記散気管と、前記開口管とを備えた散気装置であって、前記散気管の基端が前記主配管に連通している、請求項１又は２に記載の散気装置。
  4. 前記主配管と、前記複数の散気管と、前記開口管とを備え、前記開口管の一端が前記散気管ごとの末端に直接連通している、請求項３に記載の散気装置。
  5. 前記主配管と、前記複数の散気管と、前記散気管の末端同士を連通させる連通部材と、一端が前記連通部材に連通している１つ又は複数の前記開口管とを備えた、請求項３に記載の散気装置。
  6. 前記散気管の本数Ａと前記開口管の本数Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１〜３．５である、請求項５に記載の散気装置。
  7. 前記散気管の長さＬが、２００〜５００ｍｍである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の散気装置。
  8. 前記散気管の内径Ｄが、６〜２０ｍｍであり、前記散気孔の直径ｄが、３〜１０ｍｍである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の散気装置。
  9. 前記散気管１本あたりの前記散気孔の数が、３〜５個である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の散気装置。
  10. 前記複数の散気孔の間隔が、５０〜１２０ｍｍである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の散気装置。
  11. 水槽と、前記水槽内に配置された膜モジュールユニットと、前記膜モジュールユニットの下方に配置された請求項１〜１０のいずれか一項に記載の散気装置とを備えた、水処理装置。
  12. 上部に複数の散気孔が形成された、水平方向に延びる散気管と、開口管とを備え、前記開口管の一端が前記散気管の末端に直接又は間接的に連通し、前記開口管の開口端が鉛直方向下向きに開放し、かつ鉛直方向に延びている散気装置の運転方法であって、下記式（１）を満たすように、散気管１本あたりに供給される気体の風量を調節する、散気装置の運転方法。
    （Ｄ×ｄ×ｎ）／Ｑ≦７．５ ・・・（１）
    （式（１）中、Ｄは散気管の内径（ｍｍ）であり、ｄは散気孔の直径（ｍｍ）であり、ｎは散気管１本あたりの散気孔の数（個）であり、Ｑは散気管１本あたりに供給される気体の風量（ｌ／ｍｉｎ）である。）
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